韩国电气技术研究院 (KERI)纳米混合技术研究中心的 Han Joong Tark 博士和学生研究员 Lee Do Geun 开发出了一种“硅/氮掺杂碳复合阳极材料”的新型制造技术。这些材料旨在提高锂离子电池阳极的容量和稳定性。

尽管与石墨(一种常见的阳极材料)相比，硅具有明显更高的能量密度，但它有一个主要缺点：它在充电和放电过程中膨胀 3-4 倍，导致性能下降。为了解决这个问题，研究人员将硅与石墨混合，以平衡它们的优点和缺点。

为了最大限度地提高硅含量并克服其局限性，KERI 采用了氮掺杂单壁碳纳米管和石墨烯。单壁碳纳米管比多壁碳纳米管更薄且导电性更强，但由于直径较小，因此在分散方面提出了挑战。 KERI利用其在纳米碳材料方面的专业知识，开发了开创性的功能化和胶体分散技术，促进氮结合到碳纳米管表面。

当应用于锂离子电池阳极时，这些氮掺杂的单壁碳纳米管可加速锂离子向硅的移动，从而提高充电速度和多次充电/放电循环中的稳定性。此外，用石墨烯封装阳极材料可进一步稳定硅的膨胀。

通过大量测试，KERI 证明采用其复合阳极材料的电池在 100 次充电/放电循环后仍能保持 82% 以上的性能，而传统硅复合阳极的性能仅为 30%。这一进步消除了对炭黑等传统导电添加剂的需求。

研究团队设想了这项技术更广泛的应用，包括锂扩散速度至关重要的固态电池。研究成果已发表在著名材料期刊《先进功能材料》上。该期刊的“JCR影响因子”为19，排名该领域前3.7%。

KERI 已完成其复合阳极材料的全电池评估和专利申请，预计寻求高容量锂离子电池的公司将对此产生浓厚兴趣。他们准备寻找潜在的技术转让合作伙伴。